UE 503 L3 MIAGE Initiation Réseau et Programmation Web Introduction A. Belaïd abelaid@loria.fr http://www.loria.fr/~abelaid/ Année Universitaire 2011/2012
Plan Cours Introduction aux Réseaux Définition Intérêts Caractéristiques Classification 2
3 Références Cyril Pain-Barre, Introduction aux réseaux et au modèle OSI Guy Pujolle, Initiation aux réseaux, cours et exercices, Eyrolles
4 Chapitre 1 Introduction aux réseaux informatique
5 Introduction Qu'est ce qu'un réseau? Ensemble d'ordinateurs communiquant à l aide d un protocole commun à travers des lignes spéciales de communications Devenu nécessaire devant l'afflux d'ordinateurs
Structure d'un réseau Trois types d éléments : les supports de communication (câbles, fibres, faisceaux, liaisons physiques, lignes de transmission, médium, etc.) les équipements d interconnexion (nœuds, routeurs, ponts, passerelles, etc.) les équipements terminaux (ordinateurs, stations, serveurs, périphériques, machines hôtes, stations, etc.) 6
7 L'Internet Le plus grand des inter-réseaux constitue un réseau informatique mondial utilise un ensemble standardisé de protocoles de transfert de données de très nombreux réseaux s'y connectent : Réseaux d'entreprises Réseaux d'opérateurs de télécommunication, de fournisseurs d'accès (satellites, filaires, sans fil, etc.) Réseaux de particuliers
L'Internet Transport Beaucoup de types différents de données Applications et services variés comme le courrier électronique, la messagerie instantanée et le Web Accès Obtenu grâce à un fournisseur d'accès via différents moyens Filaire (téléphone), ADSL (fibre), sans fil (Wifi) l'internet du futur devrait être un réseau multimédia capable de transporter des données variées en temps réel 8
9 L'Intranet Réseau local Utilisé à l'intérieur d'une entreprise ou de toute autre entité organisationnelle utilisant les techniques de communication d'internet (IP, serveurs HTTP) Nécessite une organisation particulière car il intègre toutes les ressources d'une entreprise, d'où : Rapidité Partage de ressources Communication
10 Utilité des réseaux Pour les entreprises et organisations : Partage des ressources (programmes, matériels, données) Réduction de coût (plusieurs micro-ordinateurs plutôt qu'un gros) Outils de communication (messagerie électronique, travail collaboratif)
11 Utilité des réseaux (suite) Pour les particuliers : Accès à l'information répartie (WWW) Communication (email, messagerie instantanée, forums, blogs, etc.) Jeux Commerce électronique
Modèles de communication Le modèle Client-serveur La plupart des communications d'un utilisateur lambda sur un réseau suivent le modèle client-serveur : Le client (utilisateur) se connecte à un serveur (prestataire de service) et envoie une requête, comme récupérer une page Web En retour, le serveur envoie une réponse contenant la page demandée 12
Le modèle d'égal à égal : pair à pair Les communicants (utilisateurs, ordinateurs) forment un groupe dans lequel chacun peut communiquer avec l'autre Chacun joue le rôle de client et de serveur, ce qui : facilite l'échange d'informations partagées (fichiers communs, par ex.) diminue la charge par nœud (car réplication sur tous les nœuds)
Le modèle de système distribué Modèle de communication dans lequel : Les données et les instructions de traitement sont réparties sur plusieurs ordinateurs qui communiquent avec des programmes spéciaux, pour interagir, partager les résultats, et réaliser ensemble une tâche complexe
15 Classification des réseaux Plusieurs façons Par le type de transmission Par la taille Par la technique de transfert Par la qualité de service Par le mode de connexion
Classification par le type de transmission Topologies du réseau Un réseau de communication est composé de terminaux, de nœuds et de liens La topologie physique : décrit comment les différents nœuds sont reliés entre eux, La topologie logique : décrit comment l'information est transmise d un nœud à l autre Bus, étoile, arbre, anneaux, maillée On y distingue alors 2 classes de réseaux : ceux en mode de diffusion ceux en mode point à point 16
17 Classification par le type de transmission 1. Réseaux à diffusion de messages Utilisent le protocole de découverte de voisins pour trouver l'adresse du destinataire Un seul canal de transmission partagé par tous Un message envoyé sur ce canal est reçu par toutes les stations Le message contient un champ adresse de destination La station possédant cette adresse accepte le message
3 types d'adresses : unicast : destination unique (1 émetteur, 1 récepteur) multicast : destination à un groupe de stations (1 émetteur, N récepteurs) broadcast : adresse de toutes les stations (1 émetteur, 1 récepteur parmi N)
19 Classification par le type de transmission 2. Réseaux point à point Constitués de nœuds de transfert et de lignes Une ligne connecte deux nœuds
Transfert dans les réseaux point à point nécessite l'emploi de la commutation ou du routage La commutation ou le routage : sont opérés par les nœuds de transfert (commutateurs, routeurs...) consistent, pour une information reçue en entrée, à choisir une ligne de sortie menant à sa destination finale
Architecture de ces réseaux Le nœud (ordinateur) est muni d'une carte réseau elle permet à l ordinateur de recevoir et d envoyer des informations Les nœuds sont reliés entre eux par un matériel d'interconnexion, parmi lequel, on trouve le concentrateur le commutateur le routeur
Le concentrateur hub en anglais, il réalise des liaisons en étoile Chaque ordinateur est relié à un port de communication du concentrateur Selon le modèle choisi, un concentrateur dispose d un nombre variable de ports Le concentrateur répète les signaux qu il reçoit sur un port, sur tous ses autres ports Le destinataire doit donc savoir que le message lui est adressé Émetteur
Le commutateur Contrairement au concentrateur, le commutateur (switch en anglais) ne diffuse pas systématiquement les messages sur tous les ports connectés Il met en relation les seuls postes concernés par l échange Ces postes sont appris lors des échanges À la réception d'un message, le commutateur retient le nom du port par lequel le message était envoyé, s'il ne l'avait pas encore Un commutateur est un élément fédérateur On peut lui connecter d'autres commutateurs, concentrateurs, routeurs ou mêmes des postes
Le routeur C est le routeur qui assure le travail de relais postal dans un réseau informatique et permet de retrouver facilement un poste sur un réseau Dans un même réseau logique, les postes peuvent communiquer directement entre eux Entre deux réseaux logiques différents, il faut passer par un routeur pour communiquer Un routeur est donc une porte d'entrée et de sortie sur un réseau logique Pour sortir du réseau logique auquel il appartient, un ordinateur doit connaître l adresse d un routeur (passerelle)
La communication logique Se fait par l'adresse IP (Internet Protocol) Dans une adresse IP, il y a une partie qui identifie le réseau et une partie qui identifie la carte réseau du poste (route vers le poste) On associe un nom à son adresse IP plus aisé pour l utilisateur Le système d adressage par nom fonctionne aussi par regroupement Par exemple «sony.fr» regroupe tous les hôtes de la société Sony qui communiquent en français «www.sony.fr» correspond au site web français de cette société, «www» étant le nom de l'hôte qui héberge le site
27 Classification par la taille Les réseaux peuvent être classés selon leur étendue
28 Classification par la taille LAN Réseaux privés Principalement réseaux à diffusion Quelques kilomètres ou plus Objectifs principaux Connexion des postes de travail utilisateur (échange de messages, partage de fichiers) Serveurs de fichiers Accès aux bases de données Partage de ressources matérielles (imprimantes, fax, etc.) et logicielles
29 Classification par la taille LAN (suite) Délai de propagation max connu Débit de quelques Mbit/s jusqu'à plusieurs Gbit/s Exemples : En bus : IEEE 802.3 Norme connue sous le nom d'ethernet En anneau : IEEE 802.5 ou Token Ring d'ibm, utilise une trame spéciale de trois octets, appelée jeton, qui circule dans une seule direction autour d'un anneau pour détecter d'éventuelles erreurs
30 Classification par la taille MAN : Metroplitan Area Network Réseaux publics ou privés Couvrent une ville Objectif principal : interconnexion de réseaux locaux Exemple : IEEE 802.6 : technologie d'accès au réseau sur des lignes de type fibre optique = un anneau à jeton à détection et correction d'erreurs Débits à 155 Mbit/s ou 622 Mbit/s pour voix, données, télévision
31 Classification par la taille WAN : Wide Area Network Réseau d'opérateurs Objectif principal : acheminer de l'information sur de longues distances Couvrent un pays, un continent Comprend : des hôtes (ordinateurs gérés par les clients) un sous-réseau (géré par l'opérateur) constitué de : lignes de communication nœuds de transfert : commutateurs ou routeurs
32 Classification par la technique de transfert Principe Un réseau est constitué de plusieurs nœuds interconnectés par des lignes de communication Il existe plusieurs méthodes permettant de transférer une donnée d'un nœud émetteur à un nœud récepteur
La commutation de circuits Consiste à mettre en relation successivement les différents nœuds intermédiaires afin de propager la donnée du nœud émetteur au nœud récepteur Dans ce type de scénario, la ligne de communication peut être assimilé à un tuyau dédié à la communication La commutation de message Consiste à transmettre le message séquentiellement d'un nœud à un autre Chaque nœud attend d'avoir reçu l'intégralité du message avant de le transmettre au suivant La commutation de paquets Consiste à segmenter l'information en paquets de données, transmis indépendamment par les nœuds intermédiaires et réassemblés au niveau du destinataire
34 Classification par la technique de transfert La commutation de circuit Circuit switching en anglais, consiste à établir un circuit entre un émetteur et un récepteur Le circuit est un tube unique qui se prolonge de nœud en nœud par des commutateurs jusqu'au récepteur Les éléments du circuit peuvent être de nature différente : câble métallique, onde hertzienne, fibre optique... Ce circuit est réservé le temps de la communication afin de permettre le transfert de données et est libéré à la fin de la transmission
35 Classification par la technique de transfert Méthode utilisée dans le réseau téléphonique commuté (RTC) Dans le cas d'une communication vocale par exemple, il est essentiel que la ligne ne soit pas coupée pendant tout le temps de la transmission http://www.besoindaide.com/ccm/initiation/commutation-circuits-paquets.htm
37 Classification par la technique de transfert Transfert de message Un message forme un tout (fichier, ligne/page de texte, secteur disque) Le message passe de nœud en nœud jusqu'à sa destination Envoyé au nœud suivant lorsque complètement et correctement reçu par le nœud courant (store-andforward)
Temps de transit somme des temps de transfert : Inconvénients Nécessite de la mémoire tampon, la gestion des (re)transmissions, le contrôle de flux Difficulté de transmission de très longs messages : Pour un taux d'erreur de 10-5 par bit, un message de 100 000 octets a une probabilité de 0,0003 d'arriver correctement Après 1970, remplacé progressivement par le transfert de paquets
Classification par la technique de transfert Transfert de paquets et de trames Historiquement, les réseaux à commutation de circuits ont été les premiers à apparaître : le réseau téléphonique en est l'exemple Le transfert de paquets a pris la succession pour optimiser l'utilisation des lignes de communication en informatique Récemment, de nouveaux types de commutation sont apparus : Le transfert de trames et le transfert de cellules Mis au point pour augmenter le débit (pour le multimédia) 39
40 Classification par la technique de transfert Transfert de paquets Le message est découpé en paquets Chaque paquet comporte la référence ou l'adresse destination Un paquet a une taille maximale fixée Les paquets sont retransmis après réception (store-and-forward) Plus il y a de paquets, plus le transfert est efficace comparé au transfert de messages :
41 Classification par la technique de transfert Transfert de paquets Lorsque le paquet est très petit et de taille fixe (53 octets), il est appelé cellule Si les routes suivies par les paquets sont différentes, il faudra le ré-assembler pour reformer le message Internet utilise le routage de paquets (IP) ATM (réseau optimisé pour le transfert de paquet) utilise la commutation de cellules (taille limitée à 53 octets) Ethernet utilise le routage de trames
Le transfert de paquets dans l'internet Le paquet IP Chaque paquet de chaque réseau (participant à l'internet) transporte en son sein un paquet commun, le paquet IP Format C Supervision : sert au contrôle 42
43 Le transfert de paquets dans l'internet TCP/IP : Transmission Control Protocol? Internet irrigue également les réseaux secondaires, type Ethernet... Pour faire passer les paquets IP dans ces réseaux, il utilise le protocole TCP Comme les paquets IP sont de longueurs variables, le protocole TCP consiste à découper les paquets en fragments qui sont ensuite encapsulés dans des paquets plus adaptés, comprenant également Une entête Une adresse source et une adresse de destination Une zone de contrôle...
45 Le transfert de paquets dans l'ethernet Ethernet Les messages transmis par Ethernet sont appelés des trames Deux formats : V2 et 802.3
Préambule : (8 octets) Annonce le début de la trame et permet la synchronisation Adresse Destination : (6 octets) Adresse physique de la carte Ethernet destinataire de la trame Adresse Source : (6 octets) Adresse physique de la carte Ethernet émettrice de la trame EtherType : ou type de trame (2 octets) Indique quel protocole est concerné par le message Données : (46 à 1500 octets) Les données véhiculées par la trame CRC : (Cyclic Redundancy Code) Champ de contrôle. Permet de s assurer que la trame a été correctement transmise
Transfert de paquets dans les réseaux ATM ATM : Asynchronous Transfert Mode Réseaux destinés à la télécommunication à haut débit intéressants pour le multimédia mais exigeants sur la vitesse de transfert Le protocole TCP/IP ne convient pas : La longueur des paquets est variable Le mécanisme d'accusé-réception et de retransmission des paquets prend trop de temps ATM résout ces deux difficultés de la façon suivante : En travaillant sur des paquets plus petits et de même longueur : cellules (53 octets), plus faciles à transiter dans les méandres du réseau, sans créer d'encombrement 47
48 Classification par le mode de connexion Mode de fonctionnement des terminaux Quelle que soit l architecture physique ou logique d un réseau, on trouve 2 modes de fonctionnement différents des terminaux informatiques lors du transfert d information : mode connecté mode non connecté
Classification par le mode de connexion Mode connecté Principe du téléphone Toute communication entre 2 entités du réseau (A et B par exemple) suit le processus suivant en 3 phases : 1.Établissement de la connexion» A demande une connexion avec B par l envoi d un message spécial (paquet d appel)» Le paquet d appel trace un chemin entre A et B dans le réseau : le circuit B confirme ou non la connexion avec un autre message spécial (paquet d acquittement) 49
Classification par le mode de connexion Mode connecté 2.Transfert des données» Tous les paquets du message sont envoyés à B en suivant le même chemin dans le réseau» Les paquets du message contiennent le numéro du circuit et non plus l adresse de B 3.Libération de la connexion» Un paquet de libération du circuit est envoyé à l initiative de A ou B 50
Classification par le mode de connexion Mode Circuit On distingue différents types de circuits : Circuit physique Circuit virtuel (CV) Circuit permanents Circuit semi-permanent ou Circuit Commuté Exemples : RTCP (circuit physique commuté), Ligne Spécialisée (Circuit physique permanent) TRANSPAC, ATM, FRAME RELAY (circuit virtuel permanent ou commuté) 51
52 Classification par le mode de connexion Mode non connecté Principe du courrier postal Application aux réseaux : A envoi vers B les différents paquets de son messages avec l adresse de B sans demande préalable de connexion (pas de circuit virtuel entre A et B) C est aux équipements du réseau d acheminer ces paquets individuellement par des chemins pouvant être différents, et en les temporisant si nécessaire Exemples : Internet, Réseaux locaux
Classification par le mode de connexion Comparaison Mode Connecté : Avantages : permet une sécurisation des échanges et la négociation à l avance des paramètres de communications (vitesse, qualité, ) Défauts : Temps de connexion, mutlipoint peu aisé Mode non Connecté : Avantages : simplicité, efficacité et robuste aux pannes du réseau Défauts : dé-séquencement des paquets à l arrivée, mémoire tampon des équipements réseaux, pas de qualité négociée 53
Classification par la qualité de service La fiabilité du transfert de données est lourde et coûteuse (en ressources, en temps) : Gestion des acquittements (accusés de réception) Retransmission Remise en séquence Garantie du débit : Nécessite souvent la réservation de ressources dans les nœuds intermédiaires Garantie du délai : Important pour le transfert de la voix, la visioconférence, etc. 54
Les protocoles de communication Une application informatique Par exemple, envoi de fichiers entre deux ordinateurs sur Internet nécessite le passage par plusieurs niveaux De l'expéditeur vers le réseau Création de la structure de données Transport de la donnée depuis Ethernet vers Internet Circulation de la donnée sur le réseau Circulation de la donnée dans les fils Puis, on recommence à l'envers Du réseau vers le destinataire Restitution et préparation de la donnée pour sa réception par le destinataire 55
Les protocoles de communication Constat Chaque constructeur développant presque sa propre technologie Le résultat de cela était une quasi-impossibilité de connecter différents réseaux entre eux Pour pallier cela, l ISO (Institut de normalisation) décida de mettre en place un modèle de référence théorique décrivant le fonctionnement des communications réseaux A proposé des protocoles spécifiques à chaque niveau Cela a conduit à la création du modèle OSI (Open System Interconnection) 56
57 Les protocoles Différents suivant la couche Analyser la communication en découpant les différentes étapes en 7 couches ; chacune de ces couches remplissant une tache bien spécifique : Quelles sont les informations qui circulent? Sous quelle forme circulent-elles? Quel chemin empruntent-elles? Quelles règles s appliquent aux flux d informations?
58 Le modèle de référence OSI La couche «physique» définit la façon dont les données sont physiquement converties en signaux numériques sur le média de communication (impulsions électriques, modulation de la lumière, etc.) La couche «liaison de données» définit l'interface avec la carte réseau et le partage du média de transmission La couche «réseau» permet de gérer l'adressage et le routage des données, c'est-à-dire leur acheminement via le réseau
La couche «transport» est chargée du transport des données, de leur découpage en paquets et de la gestion des éventuelles erreurs de transmission La couche «session» définit l'ouverture et la destruction des sessions de communication entre les machines du réseau La couche «présentation» définit le format des données manipulées par le niveau applicatif (leur représentation, éventuellement leur compression et leur chiffrement) indépendamment du système La couche «application» assure l'interface avec les applications. Il s'agit donc du niveau le plus proche des utilisateurs, géré directement par les logiciels
Le modèle de référence OSI Les protocoles associés Ordinateur 1... Ordinateur n
Passage de l'information de couche en couche Utilise le principe de l'encapsulation Les données sont transmises de haut en bas dans la pile lors de leur envoi sur le réseau, et de bas en haut dans la pile lors de leur réception à partir du réseau A l'émission, chaque couche de la pile ajoute des informations de contrôle, un entête, de manière à garantir une transmission de donnée correcte (encapsulation) A la réception; chaque couche retire son en-tête avant de transmettre les données à la couche supérieure
Passage de l'information de couche en couche Utilise le principe de l'encapsulation (suite) A chaque niveau, le paquet de données change d aspect, car on lui ajoure un en-tête, ainsi les appellations changent suivant les couches : Le paquet de données est appelé message au niveau de la couche application Le message est ensuite encapsulé sous forme de segment dans la couche transport Le segment une fois encapsulé dans la couche Internet prend le nom de datagramme Enfin, on parle de trame au niveau de la couche accès réseau
Encapsulation de l information 63
Encapsulation de l information Données utilisateur + en-tête application telnet, ftp, smtp En-tête TCP Données application TCP En-tête IP En-tête TCP Données application IP Ethernet En-tête Ethernet En-tête IP En-tête TCP Données application Remorque Ethernet Câble ethernet 46 à 1500 octets 64